不同樹種的木材物理力學性能

1、不同樹種的木材物理力學性能不同樹種的木材物理力學性能包括：彈性、塑性、蠕變、 抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、 抗剪強度、沖擊韌性、 抗劈力、抗扭強度、硬度和耐磨性等。樹木是木材的原體，是由它本身生命生存與繁衍的整個 生長過程，積累了成為不同木材的物質，直到生命自然終結， 或被認為終結生命，而成為被利用的材料。樹木是木質多年 生植物，通常把它分為喬木和灌木兩種。喬木是13米以上， 只有一個直立主干的樹木；灌木是直立的、具有叢生莖的樹 木。我國現(xiàn)有木本植物約7000多種，屬喬木者約占1/3以 上，但是作為工業(yè)用材而供應市場的只不過1000種，常見 的約300種。樹木是人類繁衍延續(xù)到今天的必要條件。

2、它靠空氣、水 和陽光存活，通過一系列化學反應，形成樹木肢體的物理變 化，為人類營造出了天然的樂園?！疤肌笔切纬赡静奈锢砹A。樹木在生長發(fā)育過程 中，形成了高度發(fā)達的營養(yǎng)體。水分及營養(yǎng)液等流體的輸運 現(xiàn)象始終伴隨著樹木營養(yǎng)生長的生理過程。樹木由樹梢沿主 軸向上生長（高生長），也在土壤深處向下生長（根生長）， 中間的樹干部分沿著徑向生長。前一年形成的樹干部分到了 次年不會再進行高生長。樹木從天上接受陽光的沐浴，到地下去尋覓水分，把 原料從樹根輸送到葉片。由葉子制造養(yǎng)分，將養(yǎng)分向下輸送， 供給樹木生長需要。這樣，樹木生長過程中，形成了非常協(xié) 調完備的水分及養(yǎng)分的輸送系統(tǒng)。一株紅杉（美）樹高達112

3、米，一株杏仁桉（奧）樹 竟高達156米，一株銀杏（中）樹齡達3000年，一株世界 爺（美）樹齡竟達7800年。那么對于如此高大、如此年久 的樹木，體內各種物質（水、礦物質、可溶性碳水化合物和 激素等等）是它的最外層是樹皮（外皮），樹皮里邊一層是 韌皮部（也叫內皮），經它將營養(yǎng)液由葉部輸送到樹木的其 他部分（包括根在內）。再向內一層是形成層，它的細胞不 斷分裂，使樹木沿徑向生長而不斷加粗。再往里是邊材和心 材，即木質部，木質部中被叫做導管的細胞組織，它將樹液 輸送到莖和葉部。這個過程，就是水分將土壤中的碳分子和 空氣中的碳分子，經過化學反應形成積累。壓力流動模型實驗證明，樹木營養(yǎng)液的流動動力是流

4、體 靜壓力。即凈生產細胞（如一片成熟葉）由于光合作用制造 大量糖而保持較高的溶質濃度，水便通過滲透作用不斷進入 凈生產細胞，使胞內的流體靜壓力增加，迫使營養(yǎng)液經過胞 間連絲進入韌皮部。而凈消費細胞（可以是一個根細胞、一 個有代謝作用的細胞，或一個果實細胞）由于呼吸、生長和 儲藏保持著較低的溶質濃度，胞內流體靜壓力較低。這樣， 營養(yǎng)液便沿壓力梯度向下運輸?shù)礁?。韌度部轉移營養(yǎng)液的 最高速度在闊葉樹中是0.4-0. 7米/小時，在針葉樹中是 0. 180. 2米/小時。對于一株30米高的松樹和楊樹，營 養(yǎng)液由樹冠輸送到樹根的最短時間分別為7天和1. 8天， 而對于112米的紅杉來說約需20多天的時

5、間。樹木所需的水分幾乎全部由根系（吸水器官）吸取，并 沿木質部（從根部到葉部）向上長距離移動。那么，水分是 靠什么動力來提升的呢？研究結果表明，動力有兩種：一種 是根壓，另一種是蒸騰拉力。這兩種力，在積累過程中，轉 化成木材的力。木材力學是涉及木材在外力作用下的機械性質或力學性 質的科學，它是木材學的一個重要組成部分。木材力學性質 是度量木材抵抗外力的能力，研究木材應力與變形有關的性 質及影響因素。木材作為一種非均質的、各向異性的天然高分子材料，許 多性質都有別于其它材料，而其力學性質和更是與其它均質 材料有著明顯的差異。例如，木材所有力學性質指標參數(shù)因 其含水率（纖維飽和點以下）的變化而產生

6、很大程度的改變; 木材會表現(xiàn)出介于彈性體和非彈性體之間的黏彈性，會發(fā)生 蠕變現(xiàn)象，并且其力學性質還會受荷載時間和環(huán)境條件的影 響。木材力學性質包括應力與應變、彈性、黏彈性（塑性、蠕 變）、強度（抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度、 扭曲強度、沖擊韌性等）、硬度、抗劈力以及耐磨耗性等。.木材受到外壓力時,能抵抗外力壓縮變形破壞的能力， 稱為抗壓強度.當外部的壓力與木材纖維方向平行時的抗壓 強度被稱為順紋抗壓強度.木材順紋抗壓強度是指木材沿紋 理方向承受壓力荷載的最大能力，主要用于誘導結構材和建 筑材的榫接合類似用途的容許工作應力計算和柱材的選擇 等，如木結構支柱、礦柱和家具中的腿構件所承受的

7、壓力。.木材的順紋抗拉強度，是指木材沿紋理方向承受拉力 荷載的最大能力。木材的順紋抗拉強度較大，各種木材平均 約為117.7-147.1MPa，為順紋抗壓強度的2-3倍。木材在使 用中很少出現(xiàn)因被拉斷而破壞。木材順紋拉伸破壞主要是縱 向撕裂粗微纖絲和微纖絲間的剪切。微纖絲縱向的C-C、C-O 鍵結合非常牢固，所以順拉破壞時的變形很小，通常應變值 小于1%3%,而強度值卻很高。.木材密度是決定木材強度和剛度的物質基礎，是判斷 木材強度的最佳指標。密度增大，木材強度和剛性增高；密 度增大，木材的彈性模量呈線性增高；密度增大，木材韌性 也成比例地增長。在通常的情況下，除去木材內含物，如樹 脂、樹膠等

8、，密度大的木材，其強度高，木材強度與木材密 度二者存在著下列指數(shù)關系方程：。=KPn,式中：。一一木 材強度；P木材密度；K和n常數(shù)，隨強度的性質而不同。.木材抗彎強度是指木材承受逐漸施加彎曲荷載的最大 能力，可以用曲率半徑的大小來度量。它與樹種、樹齡、部 位、含水率和溫度等有關。木材抗彎強度亦稱靜曲強度，或 彎曲強度，是重要的木材力學性質之一，主要用于家具中各 種柜體的橫梁、建筑物的桁架、地板和橋梁等易于彎曲構件 的設計。靜力荷載下，木材彎曲特性主要決定于順紋抗拉和 順紋抗壓強度之間的差異。因為木材承受靜力抗彎荷載時， 常常因為壓縮而破壞，并因拉伸而產生明顯的損傷。對于抗 彎強度來說，控制著

9、木材抗彎比例極限的是順紋抗壓比例極 限時的應力，而不是順紋抗拉比例極限時應力。.木材抵抗剪切應力的最大能力，稱為抗剪強度。木材 抗剪強度視外力作用于木材紋理的方向，分為順紋抗剪強度 和橫紋抗剪強度。在實際應用中發(fā)生橫紋剪切的現(xiàn)象不僅罕 見，而且橫紋剪切總是要橫向壓壞纖維產生拉伸作用而并非 單純的橫紋剪切，因此通常不作為材性指標進行測定。木材 的橫紋抗剪強度為順紋抗剪強度的3-4倍。木材的順紋抗 剪強度視木材受剪面的不同，分為弦面抗剪強度和徑面抗剪 強度,如圖。剪切面平行于年輪的弦面剪切，其破壞常出現(xiàn)于 早材部分，在早材和晚材交界處滑行，破壞表面較光滑，但 略有起伏，面上帶有細絲狀木毛。剪切而垂

10、直于年輪的徑面， 剪切破壞時，其表面較為粗糙，不均勻而無明顯木毛。在擴大鏡下，早材的一些星散區(qū)域上帶有細木毛。常用木材物理力學性能物理力學指標分級標準表1物理力學指標分級標準分級基本 密度 / （g/ cm3）氣 干 密 度/(g /cm 3)干縮度 （生材一氣干）順紋 抗壓 強度 /MPa抗彎 強度 /MPa抗 彎 彈 性 模 量 /GPa順紋 抗剪 強度 /MPa端面硬度/N徑向弦向材 全 干材 氣 干材 全 干材 氣 干I0.30.353.02.05.03.02.954.07.46.56.03.59.56.073.0三142.0三16.3三 15.1100 00表2國內常用樹種物理力學性

11、能樹種試驗 時含 水率 /%氣干密 度/(g/cm3 )干縮率/%（生材一氣干）順紋 抗壓 強度 /MPa抗彎 強度 /MPa抗彎 彈性 模量 /GPa順紋 抗剪 強度 /MPa端面硬度/N徑向弦 向福建 柏15.0IIIIIIIIIIIIIIII銀杏15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII冷杉15.0IIIIIVIIIIIIIII杉松 冷杉15.0IIIIIIIIIIIIII云南 油松15.0II,IIIIIIII,I VII,IIIII,IIIIIIIIII落葉 松15.0III,IVVIIIIIIIVIIIII四川 紅杉15.0IIIIIIVIIIIIIIIIII云杉15.0I,I

12、IIIIIII,III,III,IIII濕地 松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII紅松15.0IIIIIIIIIIIIIIIII廣東 松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIII馬尾 松15.0II,IIIII,IIIIVIIIIIIIIIII,III樟子 松15.0IIIIIIIIIIIIIIIII云南 松15.0IIIIVIVII,IIIII,IIIIIII,III鐵杉15.0IIIIIIIIIII,IIIIIIIIII1陸均 松15.0IIIIIIIIIIIIIIIIIIIVIII雞毛 松15.0IIIIIIIIIIIIIIIVIII杉木15.0IIIIIIIIIIIII

13、III消極 和15.0IIIIIIIIII械木15.0III,IVIIIIII,IVIII,IVIV, V刺楸15.0II,IIII,IIII,IIIII,IIIII,III江南 榿木15.0IIIIIIIIIII光皮 樺15.0IIIII,IIIIII,IVIII,IVIII,I V樹種試驗 時含 水率 /%氣干密 度/（g/cm3 ）干縮率/%（生材一氣干）順紋 抗壓 強度 /MPa抗彎 強度 /MPa抗彎 彈性 模量 /GPa順紋 抗剪 強度 /MPa端面硬度/N徑向弦 向白樺15.0IIIII,IIIII,IIIII,IIIII,III秋楓15.0IIIII,IIIII,IIIII,I

14、IIIV青岡15.0IVIII,IVIVVIV, V水青 岡15.0IVIIIIIIIVIII麻棟15.0IVIII,IVIII,IVIII-VIV白棟15.0IVIIIIII,IVIVV柞木15.0III,IVII,IIIIII,IVIII,IVIV楓香15.0IIIII,IIIII.IIIII,IIIIII山核 桃15.0III,IVIIIIII,IVIII-IVIV核桃15.0II,IIIII,IIIII,IIIIIIII楓楊15.0IIIIIIII香樟15.0II， IIIIIIIIIII鐵刀15.0IIIIIIIIIIIIIV黃檀15.0IVIVIV,VIV,VV槐樹15.0III,

15、IVII,IIIII,IIIII,IIIIII,I V鵝掌 楸15.0II,IIIIIIIIIIIII苦楝15.0II,IIIIIII,IIIIIII,III水曲 柳15.0IIIIIIIIIIII,IVIII小葉 楊15.0III,III,III,IIII山楊15.0III,III,IIIIII,II擬赤 楊15.0III,IIIIIIII荷木15.0IIIIIIIIIIIIIII15.0VIV,VVVV樹種試驗 時含 水率 /%氣干密 度/（g/cm3 ）干縮率/%（生材一氣干）順紋 抗壓 強度 /MPa抗彎 強度 /MPa抗彎 彈性 模量 /GPa順紋 抗剪 強度 /MPa端面硬度/N徑

16、向弦 向紫椴15.0IIIII,III,III青檀15.0IVIVIVIIIIV白榆15.0IIIIIIIII,IIIIII樟樹15.0IVIIIIVIIIIV2印尼 漆15.0IIII(II)IIIIIIII人面 子15.0IIIIIIIIII,IIIIIIIII,IVII,III芒果15.0IIII,IIIII,IIIIII,IVIII,IVIV竹桃15.0IIIIIIIIII榴蓮15.0IIIIIIIIIII,IIIII,IIIII,IIII-IVIII異翅 香15.0IIIIIIIII,IIIII,IIIIIII,IIIIII杯裂 香15.0IV,VIII,IVIVVII,IVIV雙翅

17、 龍腦 香15.0III,IVIII,VIII,VIII,IVIIIIV,VI,IIIIII,I V龍腦 香15.0IVIIIIIIVIVVIII,VIV低垂 坡壘15.0VIIII,IIIIII,IVIIIVIV,V漸尖 葉坡 壘15.0III,IVIII,IVIII,IVIII-VIV深紅 婆羅 雙15.0II,IIIIIIII,IIIII,IIIIIIIIIII淺紅 婆羅 雙15.0IIIIIIIIIIIIII,IIII黃婆 羅雙15.0IIIIIIIIIIIIIII,IIIII白婆 羅雙15.0II,IIIIIIIII,IIIIIII,IVII,IIIIII2樹種試驗 時含 水率 /%

18、氣干密 度/（g/cm3 ）干縮率/%（生材一氣干）順紋 抗壓 強度 /MPa抗彎 強度 /MPa抗彎 彈性 模量 /GPa順紋 抗剪 強度 /MPa端面硬度/N徑向弦 向平滑 婆羅 雙15.0VIIIIVVVVV吉索 婆羅 雙15.0IVIIIIVVVVIV青梅15.0IVIIII,IIIIVIVVIV石棟15.0IVIIIIIIIVVIV海棠 木15.0IIIVIVII,IIIIIIII,IIIIVIV鐵力 木15.0VVVVVV坤甸 鐵木15.0VIVIV,VVIII,VIV濕地 木姜 子15.0IVIVIVIVIVIVI,III鐵刀 木15.0III,IVIIIIII,IVIIIIV里

19、黃 八、檀15.0IV,VIVIV,VIIIV寬葉 黃檀15.0IVIIIIVIVIVIIIIV花黃 檀15.0VVV格木15.0IV,VVIV,V伯利 印茄15.0IVIIIIIIIIIVIV大甘 巴豆15.0IVIIIIVIVVVIV馬來 甘巴 豆15.0IVIIIIIVIVVIVIV印度 紫檀15.0IIIIIIIIIIIIIVIII3大花 米仔15.0IIIIVIVIIIII,IIIIVII蘭樹種試驗 時含 水率 /%氣干密 度/（g/cm3 ）干縮率/%（生材一氣干）順紋 抗壓 強度 /MPa抗彎 強度 /MPa抗彎 彈性 模量 /GPa順紋 抗剪 強度 /MPa端面硬度/N徑向弦 向肉豆 蔻15.0II,IIIIIIIIIIIIIIIIIII羽葉 番龍 眼15.0IIIIVIIIIIIIVIV于京 木15.0VIIIIVVVVV硬椴15.0III,IVIIIIIIII,IVIII,IVIII-VIII-VIII, V15.0II,IIIII,IIIIIIIIIIII柚木15.0II,IIIIIIIII,IIIIIIIIIIIIIII南美 蟻木15.0VVIVVVV輕木15.0IIIIIIII巴西 黑檀15.0IVIVIVIII奧克 欖15.0IIIIIIIIIVII烏木15.0VVVVIVV